JP4007085B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを備える排ガス浄化装置に関し、詳しくは、パティキュレートフィルタの再生による燃費の悪化を抑制可能な排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境対策として、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を低減することが、大きな課題となっている。そこで、従来より、パティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと称する）を備えた排ガス浄化装置を、排気管の途中に設置することが行われている。ＤＰＦは、一般に、多数の排ガス流路を有するセラミック多孔質体からなり、排ガス流路を区画する多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、パティキュレートを吸着、捕集する。
【０００３】
ここで、ＤＰＦに捕集されたパティキュレートが、そのまま堆積すると圧損が増大して機関効率が低下するため、通常は、適正な時期にパティキュレートを燃焼させる再生手段を設けて、ＤＰＦを再生している。再生手段としては、例えば、吸気を通常より絞ったり、メイン噴射の後にポスト噴射を行うといった方法が採用され、ＤＰＦに導入される排気の温度を上昇させて、ＤＰＦ内のパティキュレートを燃焼除去することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記再生手段によりＤＰＦを再生する時、排気の昇温にエネルギーが消費されるため、ＤＰＦの再生頻度が多くなると、燃費が悪化する問題があった。これに対して、エネルギー効率および昇温性能の異なる複数の再生手段を設けて、運転状態に応じて再生手段を使い分ける等の試みがなされており、例えば、特開２０００−２１３３３２には、運転状態領域を複数の領域に分割して、それぞれに最適な再生手段を選択するようにした装置が提案されている。この装置では、運転状態履歴から最も使用頻度の高い運転領域を定めて、この運転領域よりも燃料消費率が小さい再生方法が設定されている領域を選択領域とし、パティキュレート捕集量が所定値を越え、さらに、運転状態が上記選択領域に移行した時に再生を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の装置では、多数の再生手段を設けて運転状態領域に応じて再生手段を切り換える必要がある。しかも、車両運転者に応じて最も使用頻度の高い運転領域が異なるために、各運転者毎に運転状態履歴を検出して、選択領域を設定し直す必要がある等、再生制御が複雑になりやすい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＤＰＦを用いた排ガス浄化装置において、比較的簡易な制御で、燃費の悪化を抑制可能とし、効率良いＤＰＦの燃焼、再生が可能な排ガス浄化装置を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関の排気管内に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記パティキュレートフィルタの再生を行う再生手段と、上記再生手段によるパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御手段とを備えている。
ここで、上記運転状態検出手段は、上記内燃機関の回転数、燃料噴射量、車速、吸気量および上記パティキュレートフィルタ温度のうちの少なくとも１つないしそれ以上を検出するものであり、上記再生制御手段は、上記パティキュレートフィルタによるパティキュレート捕集量が第１の閾値または第２の閾値（＞第１の閾値）以上かどうかを判定する捕集状態判定手段と、上記運転状態検出手段にて検出される内燃機関の運転状態が、上記再生手段による上記パティキュレートフィルタの再生可能領域にあり、かつ上記回転数が所定の値より低く上記燃料噴射量が所定の値より多い条件、上記車速が所定の中間速度範囲にある条件、上記吸気量が所定の値より少なく上記パティキュレートフィルタ温度が所定の値より高い条件、のうちの少なくとも１つないしそれ以上の条件を満足する再生に適した領域にあるかどうかを判定する再生適否判定手段の判定結果を基に、上記再生手段を作動させて再生を実行する再生実行手段とを有する。上記再生実行手段は、上記捕集状態判定手段により、上記パティキュレート捕集量が上記第１の閾値以上で、上記第２の閾値未満と判定された時には、上記再生適否判定手段により上記内燃機関の運転状態が上記パティキュレートフィルタの再生に適した領域にあると判定された時にのみ、上記再生手段を作動させ、上記パティキュレート捕集量が上記第２の閾値以上と判定された時には、上記再生適否判定手段の判定結果によらず、上記再生手段を作動させる。
【０００８】
上記再生制御手段は、上記パティキュレート捕集量が第１の閾値に達し、第２の閾値に満たない間は、昇温効率の良い運転条件となった時にのみ、再生を実施するので、再生効率が向上する。また、上記パティキュレート捕集量が第２の閾値に達した場合には、昇温効率の良い運転条件でなくても、再生を実施するようにすることで、安全性が向上する。よって、比較的簡単な制御で、燃費の悪化を抑制し、安全かつ高効率な再生が可能であるので、実用性が高い。
【０００９】
請求項２の構成のように、具体的には、上記再生制御手段は、上記第１の閾値を燃費と安全性を考慮した値に設定するとともに、上記第２の閾値を安全性を考慮した値に設定し、上記再生適否判定手段は、上記各条件における上記所定の値または範囲を、上記パティキュレートフィルタの再生可能領域の中でもより昇温効率の良い特定領域に対応させた値または範囲に設定して、上記運転状態検出手段による検出値を上記所定の値または範囲と比較することにより、上記内燃機関が、上記パティキュレートフィルタの再生効率の良好な運転領域にあるかどうかを判定する。
【００１０】
請求項３の構成のように、具体的には、上記パティキュレートフィルタによるパティキュレート捕集量を算出するパティキュレート捕集量算出手段を設ける。上記捕集状態判定手段は、上記パティキュレート捕集量算出手段の算出値が、第１の閾値Ａ１または第２の閾値Ａ２（Ａ１＜Ａ２）に達したかどうかによって、捕集状態を精度よく判定することができる。
【００１１】
請求項４の構成のように、前回の上記再生手段による再生実行後の車両の総走行距離を積算する総走行距離算出手段を設けてもよい。この場合、上記捕集状態判定手段にて、上記総走行距離算出手段の積算値が、第１の閾値Ｄ１または第２の閾値Ｄ２（Ｄ１＜Ｄ２）に達したかどうかを判定する。
【００１２】
請求項５の構成のように、前回の上記再生手段による再生実行後の車両の総燃料噴射量を積算する総燃料噴射量算出手段を設けてもよく、上記捕集状態判定手段にて、上記総燃料噴射量算出手段の積算値が、第１の閾値Ｑ１または第２の閾値Ｑ２（Ｑ１＜Ｑ２）に達したかどうかを判定することで、同様の効果が得られ雨。
【００１３】
請求項６の構成では、上記再生実行手段は、上記運転状態検出手段により検出される上記内燃機関の運転状態が、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが受動的に燃焼する昇温不要領域にある時、または、パティキュレートが燃焼不可能な領域に入った時には、上記第１または第２の閾値以上となっても、再生を実行しないようにする。例えば、排気が高温で自然にパティキュレートが燃焼するような場合には、昇温制御を実施しないことで、燃費の悪化を抑制する効果を高めることができる。排気の昇温が困難な運転領域にある場合も、昇温制御を実施しないことで、不要な燃料消費を抑制できる。
【００１４】
請求項７の構成のように、上記再生実行手段は、再生実行後、上記捕集状態判定手段により、上記パティキュレート捕集量が第３の閾値以下（＜第１の閾値）と判定された時に、再生を終了するようにすると、より効率良く再生制御を機関の排ガス浄化装置。
【００１５】
請求項８の構成のように上記再生実行手段は、再生実行後、再生時間が閾値Ｔ１以上となった時に、再生を終了するようにしてもよい。
【００１６】
請求項９の構成のように、上記再生実行手段は、再生実行後、上記運転状態検出手段により検出される上記内燃機関の運転状態が、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが受動的に燃焼する昇温不要領域に入った時に、または、パティキュレートが燃焼不可能な領域に入った時に、再生を終了するようにすると、燃費の悪化を抑制する効果が高い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の排ガス浄化装置を適用したディーゼルエンジンの全体構成を示すもので、エンジン１は、各気筒に共通のコモンレール１１と、該コモンレール１１に連結されて各気筒の燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する複数の燃料噴射弁１２を有している。エンジン１の吸気マニホールド２１は、吸気管２に連結しており、連結部に設けられる吸気スロットル２２によって、吸気流量が調整されるようになっている。
【００１８】
エンジン１の排気マニホールド３１は、排気管３に連結しており、排気管３の途中には、ディーゼルパティキュレートフィルタ４（ＤＰＦ）が設置されている。ＤＰＦ４は公知の構成で、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔性の隔壁で区画された多数のセルの入口または出口を互い違いに目封じしてなる。エンジンからの排出ガスは、入口側が開口しているセルからＤＰＦ４内に入り、多孔性の隔壁を通過する際にパティキュレートが捕集される。
【００１９】
排気管３には、ＤＰＦ４の上流側に、遠心過給機１３のタービン１４が設けられ、吸気管２に設けられるコンプレッサ１５とタービン軸を介して連結されている。これにより、排気の熱エネルギーを利用してタービン１４を駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ１５を駆動し、吸気管２に導入される吸気をコンプレッサ１５内で圧縮する。スロットル弁２２上流の吸気管２内には、クーラ２３が設けられ、コンプレッサ１５で圧縮されて高温となった吸気は、ここで冷却される。
【００２０】
排気マニホールド３１は、ＥＧＲ通路５によって、吸気マニホールド２１と連結されており、排気の一部が、ＥＧＲ通路５を経て吸気に戻されるようになっている。ＥＧＲ通路５の、吸気マニホールド２１への出口部には、ＥＧＲ弁５１が設けられ、その開度を調節することに吸気へ還流される排気の量を調整できるようになっている。ＥＧＲ通路５の途中には、還流されるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２が設けられる。
【００２１】
排気管３には、ＤＰＦ４にて捕集されたパティキュレートの量（ＰＭ捕集量）を知るために、ＤＰＦ４の前後差圧を検出する差圧センサ６が設けられる。差圧センサ６の一端側はＤＰＦ４上流の排気管３に、他端側はＤＰＦ４下流の排気管３にそれぞれ圧力導入管を介して接続されており、ＤＰＦ４の前後差圧に応じた信号を出力するようになっている。また、排気管３のＤＰＦ４の出口部には、ＤＰＦ４の温度を検出するための排気温センサ４１が設置され、吸気管２には、遠心過給機１３のコンプレッサ１５の上流に、吸気量センサ４２が設けられる。これらセンサの検出値は、ＥＣＵ７に入力される。
【００２２】
ＥＣＵ７には、さらに、吸気スロットル２２の開度、ＥＧＲ弁５１の弁開度、エンジン回転数、車速、アクセル開度、冷却水温、クランク位置、燃料圧等を検出する各種センサから信号が入力されて、エンジン１の運転状態を検出するようになっている（運転状態検出手段）。ＥＣＵ７は、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、ＥＧＲ量を算出して、吸気スロットル２２、燃料噴射弁１２、ＥＧＲ弁５１等をフィードバック制御するとともに、ＤＰＦ４の再生を制御する（再生制御手段）。
【００２３】
ＤＰＦ４の再生手段として、具体的には、燃料噴射弁１２から燃焼室に燃料を噴射する際に、ポスト噴射や噴射時期の遅角を行う、あるいは、吸気スロットル２２を通常より閉じ側とする等により排気を昇温させる方法が採用できる。例えば、ポスト噴射や遅角を行うと、着火時期の遅れ等により、エネルギーの一部が動力に返還されずに排気の熱エネルギーになるために、通常噴射の場合の排気温度（１５０℃〜４００℃）に対し、高温（３００℃〜７００℃）の排気がＤＰＦ４内に導入される。吸気スロットル２２を閉じ側とした場合も同様で、吸気量が減少し、エンジン１の燃焼室内に流入するガスの熱容量が減少するために、排気温度が上昇する。この高温の排気により、ＤＰＦ４内に付着したパティキュレートを燃焼させ、捕集能力を回復させることができる。運転状態に応じて、複数の再生手段を使い分けたり、再生手段として、バーナやヒータといった加熱装置を用いることもできる。
【００２４】
ところで、これら再生手段によるＤＰＦ４の昇温効率は、エンジン１の運転条件によっても異なる。例えば、エンジン回転数および燃料噴射量と昇温効率の関係は、図２（ａ）に示すようになり、ＤＰＦ４の再生可能な運転領域の中でも特定の運転領域、具体的には、回転数が比較的小さく噴射量が比較的多い領域において、高効率でＤＰＦ４を再生可能であることがわかる。また、図２（ｂ）に示すように、車速が特定の範囲より遅くても速くても昇温による燃費悪化が見られ、図２（ｃ）に示すように、吸気量およびＤＰＦ４温度についても、昇温効率の良い特定の運転領域が存在する。例えば、吸気量が少ないと、熱容量が小さくなるため、昇温に必要なエネルギーが小さくなり、また、ＤＰＦ４の温度が高い方が、パティキュレートの燃焼温度までに必要な温度上昇幅が小さくなるので、昇温効率が向上する。そこで、本発明では、これら運転条件と昇温効率の関係を予め知り、昇温効率の良い特定の運転領域における再生が優先されるようにする。これにより、ＤＰＦ４の再生に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【００２５】
具体的には、再生制御手段であるＥＣＵ７は、排気温センサ４１と吸気量センサ４２の検出値および差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を演算し（ＰＭ捕集量算出手段）、算出されたＰＭ捕集量が、第１の閾値Ａ１または第２の閾値Ａ２（＞第１の閾値Ａ１）以上かどうかを判定する（捕集状態判定手段）。そして、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１を越えた時に、エンジン１の運転状態が、選択された再生手段によるＤＰＦ４の再生に適した領域にあるかどうかを判断し（再生適否判定手段）、再生に適した領域にあれば再生を実行する（再生実行手段）。再生に適した領域にないと判断された場合には、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以上となってから第２の閾値Ａ２に達するまで、この判定を繰り返し行い、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上となった場合には、判定結果にかかわらず、再生を実行する。
【００２６】
この時のＥＣＵ７による再生制御の一例を図４のフローチャートで説明する。また、本実施の形態では、図３のタイムチャートに示すように、車速を基に昇温効率の良い運転条件かどうかを判断するようにしている。本再生制御処理は、予め設定された所定の周期で実行されるもので、ＥＣＵ７は、まず、ステップ１０１において、排気温センサ４１と吸気量センサ４２の検出値から算出される排ガス流量（体積流量）と、差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を算出する。一般に、ある排気流量に対して、ＰＭ捕集量の増加に伴い差圧が増加することから、この関係を利用してＰＭ捕集量を算出することができる。次に、ステップ１０２へ進んで、ＰＭ捕集量の算出値を、第１の閾値Ａ１と比較し、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１に満たない場合には、スタートへ戻る（図３の時間０から時間ａまでの間）。
【００２７】
ステップ１０２で、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１以上となった場合には、ステップ１０３へ進んで、エンジン１の運転状態、ここでは車速がＤＰＦ４の再生に適した領域にあるかどうかを判定する。例えば、図３の時間ａでは、ＰＭ捕集量は第１の閾値Ａ１に達しているが、車速が昇温効率が良好な範囲を越えているため、否定判定されてステップ１０４へ進む。ステップ１０４では、ＰＭ捕集量を第２の閾値Ａ２と比較し、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００２８】
ステップ１０１からステップ１０３を繰り返し、ステップ１０３で車速がＤＰＦ４の再生に適した領域に入った場合には、ステップ１０５へ進む（図３の時間ｂ）。そして、ステップ１０５で、選択された再生手段を用いてＤＰＦ４の昇温を実施し、パティキュレートを燃焼、除去する。ＤＰＦ４の昇温は、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以下となるに十分な所定の期間、例えば、昇温時間が閾値Ｔ１に達するまで行い、その後、本処理を一旦終了する（図３の時間ｂから時間ｃ）。
【００２９】
ステップ１０３で車速がＤＰＦ４の再生に適した領域になく、ステップ１０４で、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上である場合にも、ステップ１０５へ進み、選択された再生手段を用いてＤＰＦ４の昇温を実施する。例えば、図３の時間ｃ以降、再び、パティキュレートが堆積し、時間ｄでＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以上となるが、車速が昇温効率が良好な範囲を越えているため、再生されないまま、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に達する（図３の時間ｅ）。この場合、さらにＰＭ捕集量が増加すると、再生時にＤＰＦ４が過度に昇温するおそれがあるため、運転条件にかかわらず、直ちに再生を実施する。
【００３０】
ステップ１０２で、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１以上となり、ステップ１０３に進んで、車速がＤＰＦ４の再生に適した領域にあると判定された場合（例えば、図３の時間ｆ）は、ステップ１０５へ進み、ＤＰＦ４の昇温再生を実施する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１に達し、第２の閾値Ａ２に満たない間は、昇温効率の良い運転条件となった時にのみ、再生を実施するので、再生効率が向上する。また、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に達した場合には、昇温効率の良い運転条件でなくても、再生を実施するようにし、安全性が向上する。よって、比較的、簡単な制御で、安全かつ高効率なＤＰＦ４の再生が可能になり、実用性に優れる。
【００３２】
ここで、昇温を実施する基準となるＰＭ捕集量（第１の閾値Ａ１、第２の閾値Ａ２）は、燃費や安全性を考慮して適宜設定することができる。例えば、再生時の安全性から昇温効率にかかわらず再生を実施する第２の閾値Ａ２を設定し、その８０％程度の値を第１の閾値Ａ１とすればよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を算出したが、ＰＭ捕集量算出手段に代えて、前回の再生実行後の車両の総走行距離を積算するようにし（総走行距離算出手段）、その積算値が、第１の閾値Ｄ１または第２の閾値Ｄ２（Ｄ１＜Ｄ２）に達したかどうかによって、ＤＰＦ４のＰＭ捕集状態を判定するようにしてもよい。この時、ＰＭ捕集量の第１の閾値Ａ１、第２の閾値Ａ２に対応するように、第１の閾値Ｄ１、第２の閾値Ｄ２を予め設定すれば、上記実施の形態と同様の効果が得られる。あるいは、前回の再生実行後の車両の総燃料噴射量を積算するようにし（総燃料噴射量算出手段）、その積算値が、第１の閾値Ｑ１または第２の閾値Ｑ２（Ｑ１＜Ｑ２）に達したかどうかを判定するようにしてもよい。
【００３４】
図５に、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態における排ガス浄化装置の全体構成は、上記第１の実施の形態と同じであるので、図示を省略する。上記第１の実施の形態では、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以上第２の閾値Ａ２未満で、昇温効率の良い運転条件であるか、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上であれば、上記再生手段による再生を実施しているが、本実施の形態では、上記再生手段による昇温を行わなくても、パティキュレートが燃焼するような運転条件（昇温不要領域）である場合には、昇温を実施しないものとする。
【００３５】
この時のＥＣＵ７による再生制御の一例を図５のフローチャートで説明する。ＥＣＵ７は、まず、ステップ２０１において、排気温センサ４１と吸気量センサ４２の検出値から算出される排ガス流量（体積流量）と、差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を算出する。次に、ステップ２０２へ進んで、ＰＭ捕集量の算出値を、第１の閾値Ａ１と比較し、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００３６】
ステップ２０２で、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１以上となった場合には、ステップ２０３へ進んで、エンジン１の運転状態がＤＰＦ４の再生に適した領域にあるかどうかを判定する。ステップ２０３が否定判定された場合には、ステップ２０４で、ＰＭ捕集量を第２の閾値Ａ２と比較し、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００３７】
ステップ２０３で肯定判定された場合は、すなわち再生に適した領域であると判断されたときは、ステップ２０６へ進んで昇温を実施する。
【００３８】
ステップ２０４でＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上となった場合には、ステップ２０５へ進む。ステップ２０５では、パティキュレートが受動的に燃焼するような運転条件であるかどうかを判断し、否定判定された場合には、ステップ２０６へ進んで昇温を実施する。ステップ２０５が肯定判定された場合、すなわち、昇温しなくてもパティキュレートが受動的に燃焼するような運転条件である場合には、スタートへ戻る。
【００３９】
例えば、極高負荷の運転条件である場合には、通常でも排気温度が高いため、特に昇温のための制御を行わなくても、パティキュレートが自然に燃焼していく。よって、このような運転条件では、昇温制御を行わないようにすることで、燃費悪化を抑制する効果をより高めることができる。
【００４０】
図６に、本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態における排ガス浄化装置の全体構成は、上記第１の実施の形態と同じであるので、図示を省略する。上記第１の実施の形態では、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以上第２の閾値Ａ２未満で、昇温効率の良い運転条件であるか、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上であれば、上記再生手段による再生を実施しているが、本実施の形態では、昇温が困難な運転条件（昇温不可能領域）にある場合には、昇温を実施しないものとする。
【００４１】
この時のＥＣＵ７による再生制御の一例を図６のフローチャートで説明する。ＥＣＵ７は、まず、ステップ３０１において、排気温センサ４１と吸気量センサ４２の検出値から算出される排ガス流量（体積流量）と、差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を算出する。次に、ステップ３０２へ進んで、ＰＭ捕集量の算出値を、第１の閾値Ａ１と比較し、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００４２】
ステップ３０２で、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１以上となった場合には、ステップ３０３へ進んで、エンジン１の運転状態がＤＰＦ４の再生に適した領域にあるかどうかを判定する。ステップ３０３が否定判定された場合には、ステップ３０４で、ＰＭ捕集量を第２の閾値Ａ２と比較し、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００４３】
ステップ３０３で肯定判定された場合は、すなわち再生に適した領域であると判断されたときは、ステップ３０６へ進んで昇温を実施する。
【００４４】
ステップ３０４でＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上となった場合には、ステップ３０５へ進む。ステップ３０５では、パティキュレートの昇温が不可能な運転条件であるかどうかを判断し、否定判定された場合には、ステップ３０６へ進んで昇温を実施する。ステップ３０５が肯定判定された場合、すなわち、昇温が不可能な運転条件である場合には、スタートへ戻る。
【００４５】
例えば、アイドル状態のような極低負荷の運転条件である場合には、パティキュレートが燃焼する温度まで排気温度を昇温させるのは困難である。よって、このような運転条件では、昇温制御を行わず、再び昇温可能な運転条件となった時に、昇温再生を行うようにすることで、燃費悪化を抑制することができる。
【００４６】
図７に、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態における排ガス浄化装置の全体構成は、上記第１の実施の形態と同じであるので、図示を省略する。上記第１の実施の形態では、ＰＭ捕集量が第１の閾値Ａ１以上第２の閾値Ａ２未満で、昇温効率の良い運転条件であるか、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上となり、上記再生手段による再生を実施する際に、昇温制御を所定時間実施した後、終了するようにしたが、本実施の形態では、昇温終了をＰＭ捕集量の算出値を基に判断する。
【００４７】
この時のＥＣＵ７による再生制御の一例を図７のフローチャートで説明する。ＥＣＵ７は、まず、ステップ４０１において、排気温センサ４１と吸気量センサ４２の検出値から算出される排ガス流量（体積流量）と、差圧センサ６にて検出されるＤＰＦ４の前後差圧を基に、ＰＭ捕集量を算出する。次に、ステップ４０２へ進んで、ＰＭ捕集量の算出値を、第１の閾値Ａ１と比較し、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００４８】
ステップ４０２で、ＰＭ捕集量の算出値が第１の閾値Ａ１以上となった場合には、ステップ４０３へ進んで、エンジン１の運転状態がＤＰＦ４の再生に適した領域にあるかどうかを判定する。ステップ４０３が否定判定された場合には、ステップ４０４で、ＰＭ捕集量を第２の閾値Ａ２と比較し、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２に満たない場合には、スタートへ戻る。
【００４９】
ステップ４０３で運転条件がＤＰＦ４の再生に適した領域に入ったか、ステップ４０４で、ＰＭ捕集量が第２の閾値Ａ２以上となった場合には、ステップ４０５へ進む。ステップ４０５では、選択された再生手段を用いてＤＰＦ４の昇温を実施し、パティキュレートを燃焼、除去する。次いで、ステップ４０６で、再びＰＭ捕集量を算出し、ステップ４０７で、算出値が第３の閾値Ａ３以下（＜第１の閾値Ａ１）かどうかを判定する。ＰＭ捕集量が第３の閾値Ａ３以下でない場合は、ステップ４０６へ戻り、ＰＭ捕集量が第３の閾値Ａ３以下であれば、ステップ４０８へ進んで、昇温を終了する。
【００５０】
このように、ＰＭ捕集量の算出値から、昇温制御の終了時期を判断することで、より効率良い再生制御が可能であり、燃費の悪化を抑制する効果が高い。なお、ＰＭ捕集量の算出値だけでなく、再生中に、パティキュレートが受動的に燃焼するような運転条件となったり、昇温困難な運転条件となったりした場合に、昇温を終了するようにしてもよい。
【００５１】
上記各実施の形態では、ＤＰＦの前後差圧を検出する差圧センサ６を設けて、その検出結果を基にＰＭ捕集量を算出する構成としたが、ＤＰＦの上流圧力を検出する圧力センサを設けて、その検出結果を基にＰＭ捕集量を算出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における内燃機関の排ガス浄化装置の全体概略構成図である。
【図２】（ａ）は回転数−噴射量と昇温効率の関係を、（ｂ）は車速と昇温効率の関係を、（ｃ）は吸気量−ＤＰＦ温度と昇温効率の関係をそれぞれ示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるＥＣＵの再生制御処理のタイムチャートを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＥＣＵの再生制御処理のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるＥＣＵの再生制御処理のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるＥＣＵの再生制御処理のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるＥＣＵの再生制御処理のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
１２ 燃料噴射弁
２ 吸気管
２１ 吸気マニホールド
３ 排気管
３１ 排気マニホールド
４ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
４１ 排気温センサ
４２ 吸気量センサ
５ ＥＧＲ通路
６ 差圧センサ
７ ＥＣＵ（再生制御手段）

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気管内に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
    上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    上記パティキュレートフィルタの再生を行う再生手段と、
    上記再生手段によるパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御手段とを備え、
    上記運転状態検出手段は、上記内燃機関の回転数、燃料噴射量、車速、吸気量および上記パティキュレートフィルタ温度のうちの少なくとも１つないしそれ以上を検出するものであり、
    上記再生制御手段は、上記パティキュレートフィルタによるパティキュレート捕集量が第１の閾値または第２の閾値（＞第１の閾値）以上かどうかを判定する捕集状態判定手段と、
    上記運転状態検出手段にて検出される内燃機関の運転状態が、上記再生手段による上記パティキュレートフィルタの再生可能領域にあり、かつ上記回転数が所定の値より低く上記燃料噴射量が所定の値より多い条件、上記車速が所定の中間速度範囲にある条件、上記吸気量が所定の値より少なく上記パティキュレートフィルタ温度が所定の値より高い条件、のうちの少なくとも１つないしそれ以上の条件を満足する再生に適した領域にあるかどうかを判定する再生適否判定手段と、
    上記捕集状態判定手段により、上記パティキュレート捕集量が上記第１の閾値以上上記第２の閾値未満と判定された時には、上記再生適否判定手段により上記内燃機関の運転状態が上記パティキュレートフィルタの再生に適した領域にあると判定された時にのみ、上記再生手段を作動させて再生を実行し、上記パティキュレート捕集量が上記第２の閾値以上と判定された時には、上記再生適否判定手段の判定結果によらず、上記再生手段を作動させて再生を実行する再生実行手段とを有していることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 上記再生制御手段は、上記第１の閾値を燃費と安全性を考慮した値に設定するとともに、上記第２の閾値を安全性を考慮した値に設定し、上記再生適否判定手段は、上記各条件における上記所定の値または範囲を、上記パティキュレートフィルタの再生可能領域の中でもより昇温効率の良い特定領域に対応させた値または範囲に設定して、上記運転状態検出手段による検出値を上記所定の値または範囲と比較することにより、上記内燃機関が、上記パティキュレートフィルタの再生効率の良好な運転領域にあるかどうかを判定する請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 上記パティキュレートフィルタによるパティキュレート捕集量を算出するパティキュレート捕集量算出手段を備え、上記捕集状態判定手段は、上記パティキュレート捕集量算出手段の算出値が、第１の閾値Ａ１または第２の閾値Ａ２（Ａ１＜Ａ２）に達したかどうかを判定する請求項１または２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  4. 前回の上記再生手段による再生実行後の車両の総走行距離を積算する総走行距離算出手段を備え、上記捕集状態判定手段は、上記総走行距離算出手段の積算値が、第１の閾値Ｄ１または第２の閾値Ｄ２（Ｄ１＜Ｄ２）に達したかどうかを判定する請求項１または２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  5. 前回の上記再生手段による再生実行後の車両の総燃料噴射量を積算する総燃料噴射量算出手段を備え、上記捕集状態判定手段は、上記総燃料噴射量算出手段の積算値が、第１の閾値Ｑ１または第２の閾値Ｑ２（Ｑ１＜Ｑ２）に達したかどうかを判定する請求項１または２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  6. 上記再生実行手段は、上記運転状態検出手段により検出される上記内燃機関の運転状態が、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが受動的に燃焼する昇温不要領域にある時、または、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが燃焼不可能な領域にある時には、上記第１または第２の閾値以上となっても、再生を実行しない請求項１ないし５のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  7. 上記再生実行手段は、再生実行後、上記捕集状態判定手段により、上記パティキュレート捕集量が第３の閾値（＜第１の閾値）以下と判定された時に、再生を終了する請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  8. 上記再生実行手段は、再生実行後、再生時間が閾値Ｔ１以上となった時に、再生を終了する請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  9. 上記再生実行手段は、再生実行後、上記運転状態検出手段により検出される上記内燃機関の運転状態が、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが受動的に燃焼する昇温不要領域に入った時に、または、上記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートが燃焼不可能な領域に入った時に、再生を終了する請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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